如何避免电源方面的陷阱

在选购电源时，消费者往往没有做太多调研，仅凭最基本的信息就做出决定。消费者可能只会关注以下几点：

• 80 PLUS 认证标识的存在，这仅仅是电源的一个方面，而且这种认证等级是可以伪造的。
• 包装盒上印有的总输出功率，这可能是实际输出功率，但也可能是虚构的数值。
• 电源是否包含客户认为其组装所需的所有线材，而未考虑线材的模块化、线材质量及其他方面。

为了做出明智的决策，了解电源的构造原理会有所帮助。本文概述了影响电源质量和成本的一些参数。本指南不会深入探讨复杂的设计架构及其优缺点，而是对您在评测和测试中常会遇到的术语进行通俗易懂的解释，阐明这些因素如何影响电源的实际性能、整体质量水平和可靠性。

家中的墙壁插座提供的是交流电（AC），但计算机组件需要直流电（DC）。这就是计算机电源的作用：将交流电转换为直流电。在将交流电转换为直流电的过程中，交流电会成为直流输出的一部分。 在开关电源（与线性电源相对）中，将交流电转换为直流电、再转换回交流电，最后再次转换为直流电的过程，可能会产生高频噪声和谐波，这被称为纹波。

较高的纹波可能会导致设备（主板、GPU 等）中的电容器过热，从而导致这些设备上所用电容器内的电解液蒸发，这可能会引发灾难性故障。

电源输出侧的小容量电容器有助于尽可能多地滤除纹波。然而，如果增加其电容值以滤除更多纹波，也会导致浪涌电流增大，因为所有这些电容器都需要充满电才能达到所需的输出电压。 当电压波动（也称为瞬态）部分放电电容器时，会影响输出电压的稳压性能，此时电容器需要重新充电以维持正确的输出电压。这也会给开关元件带来压力。因此，最好在电容值和可接受的纹波滤波效果之间取得适当的平衡。

瞬态响应是指电源供应器（PSU）在从一种负载切换到另一种负载时，输出电压的表现。它描述了电源供应器在进入稳态之前，如何应对突发的负载变化。例如，当负载从低突变为高时，可能会导致输出电压下降。这可能是正常现象，但我们需要了解的是：在输出电压恢复到额定电压之前，电源供应器会保持这种状态多长时间？

电源的瞬态响应不良可能会引发多种问题，包括电压波动、系统不稳定以及可能对敏感元件造成损坏。具体而言，瞬态响应迟缓或调节不佳可能会导致电压下降（欠冲）或电压尖峰（过冲），这些现象会超出器件的工作极限，从而导致器件出现故障、复位或失效。

当电源在负载增加时无法维持稳定的输出电压，就被视为电压调节不良。电压调节不良会引发多种问题，包括损坏电子设备、运行效率低下以及系统不稳定。这可能会导致设备故障、缩短其使用寿命，并可能造成数据损坏或丢失。

不规范的组装操作和质量控制缺失可能会导致产品过早失效。电源的制造过程仍主要依靠人工，自动化生产仅限于高端制造商。在送入批量焊接机之前，必须先将元器件手动放置到PCB上。虽然这些机器在实现稳定的大批量焊接方面表现出色，但其产出质量完全取决于前期准备工作的规范性。

当焊接后出现对位不准或插装错误时，技术人员必须进行“修补”操作——该过程要求操作员对每块电路板进行目视检查，并使用手持烙铁手动修正缺陷。这项精细工作容易引发诸多潜在问题：加热不当会导致连接不牢固或损坏元器件，而人为失误则可能导致焊料过多造成短路，或焊料不足导致连接不牢固。 尤其隐蔽的是那些制作粗糙的焊点：它们起初能通过老化测试，却在数日后的运输过程中因焊接质量差导致元件从固定位置松脱而失效。

欧盟和北美的大多数电源都具备功率因数校正功能，且必须达到较高的功率因数校正水平，才能获得 80 PLUS 或 Cybenetics 认证级别的能效。然而，世界某些地区并不要求电源具备功率因数校正功能。 此外，某些品牌经常“伪造”其能效标识（例如，您会看到外观类似80 PLUS但标注为“85 PLUS”或“90 PLUS”的标识，或者标识外观与80 PLUS标识一致，却没有相应的80 PLUS认证报告）。

功率因数是电力系统中的一个关键指标，用以反映电能转化为有效功的效率。与通过输出除以输入来计算的简单效率百分比不同，功率因数专门反映从电源汲取的电流在完成实际功方面被利用的效率。

要计算功率因数，我们需要了解计算中涉及的三个术语：视功率、有功功率和无功功率。

视在功率代表供应给电路的总功率，单位为伏安（VA）。

实际功率以瓦特（W）为单位，代表能够完成实际功的交流功率——例如驱动电机或点亮灯泡。在本文中，它指的是最终被转换为直流电的功率。

无功功率是一种难以捉摸的能量，它在电源与无功元件（如电源中的电感器和电容器）之间来回波动，却不做任何有用的功。无功功率的单位是伏安 react（VAR）。

将有功功率除以视功率，即可得到功率因数。

无功功率之所以被视为问题，是因为它会增加流经电源供应器的总电流。尽管它并未向电源供应器所供电的计算机提供有用的能量，但仍会增加电力线路、变压器和发电机需要处理的电流。这种额外的电流会导致电网产生更多的电阻损耗，从而产生热量并造成能源浪费。

根据瓦特定律，在功率相同的情况下，电压越低所需的电流就越大，因此北美、日本、台湾等采用100–127V电压的地区需要体积更大、耐热性更强的整流器，这会增加成本。 如果您针对住宅电压为220V或更高的国家进行设计，则无需使用能处理如此大电流的整流器。尽管如此，电压骤降可能会导致电压显著低于正常水平。因此，必须采取适当的保护措施，以防止当输入电流超过桥式整流器容量时，电源发生灾难性故障。

家用电压差异很大：日本使用100V；台湾、古巴和美国许多地区的插座电压约为115V（标称电压为120V）；南美洲和加勒比地区的部分地区使用127V。

例如：在美国，NEMA 5-15 插座的持续电流限制为 15A（120V × 15A = 1800W 交流电，或以 90% 效率计算约为 1620W 直流电）。 考虑到实际负载情况以及20A断路器需遵循的80%规则，电源供应器的实际可用功率通常上限约为1.6 kW。虽然存在20A的NEMA 5-20电路，但在家庭中并不常见。

在220–240V市电下，10A电路可提供2200W交流电（以90%的效率计算，相当于近2,000W直流电）。英国插头最大支持13A，舒科插座最大支持16A，因此在大功率电源方面，在英国使用更实用。

维持时间是指在交流输入电源中断后（例如发生电压骤降时），电源供应器（PSU）能够继续提供稳定、稳压的直流输出电源的时间长度。

不同电源供应器的维持供电时间规格各不相同。根据最初的 ATX12V 标准，电源供应器在 100% 负载下需维持供电 17 毫秒，而在较低负载下可维持更长时间。较新的 ATX 3.1 标准已将这一要求缩短至满载时 12 毫秒。

无论电源供应器遵循哪项规范，都必须在此维持期保持适当的电压水平（例如，将+12V输出电压维持在+11.4V以上），以保护所连接的组件免受潜在损坏。

电源中使用的风扇需要具备更高的静压规格（以mmH₂O，即“毫米水柱”为单位），这与散热器风扇相似——其叶片密集且排列紧密；而普通的机箱风扇则采用更宽、弧度更大的设计，主要关注CFM（以每分钟立方英尺为单位测量的风量）。

电源供应器（PSU）印刷电路板的布局经过精心设计，旨在充分利用电源供应器狭小机箱内涡旋状、湍流的气流模式。一款具有高静压的风扇（通常配备塑料导流板，用于将部分高速气流引导至所需位置）将迫使冷却气流流向特定的发热组件——这些组件的温度往往会比相邻部件高出许多，甚至达到危险水平。

众所周知，出于供应链便利性的考虑，大多数电源组件都是在中国制造的。不仅是成品，就连制造这些产品所用的实际组件也是如此。 日本产电容器？中国制造。德国产MOSFET？中国制造。韩国产集成电路？中国制造。这本无可厚非，因为这些零部件都经过了严格的质量控制。但最近，我们发现许多中国本土品牌生产的产品，其数据手册与国际品牌的产品完全一致，但在我们的测试中却经常发现，这些中国品牌的实际规格与其数据手册不符。

这一点在金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）上尤为突出。我们发现，尽管它们与价格更高的同类产品具有相同的RDS(on)（下文将详细说明），但有时工作温度却更高。这给我们在确保产品低噪声的同时，对器件进行适当散热带来了挑战。更高的工作温度也会增加热失控的风险。

热失控是一种自我强化的升温循环。当MOSFET导通电流时，会因导通损耗和开关损耗而散发热量。随着结温升高，关键参数（如RDS(on)、阈值电压、漏电流）会发生变化。这些变化会进一步增加功耗，从而导致温度继续升高。最终，MOSFET不可避免地会超出其安全工作区（SOA），导致器件损坏。

RDS(on) 是 MOSFET 完全导通（饱和）时的漏源电阻。它决定了 MOSFET 在导通期间对电流流动的阻抗大小。实际 RDS(on) 值越高，晶体管发热越严重。

多层陶瓷电容器（MLCC）是一种广泛应用于电子设备中的表面贴装技术（SMT）电容器。这些无源元件用于存储电能，主要在电路中用于去耦、滤波、旁路和定时等任务。

当MLCC距印刷电路板（PCB）边缘不足2毫米，或距PCB螺丝孔不足3毫米时，必须使用软端子MLCC。否则，这些小型元件可能会断裂或从PCB上脱落，从而导致连接间歇性故障。

对于采用模块化电路板且使用MLCC的电源供应器，建议仅使用软端接型MLCC。采取这一预防措施是必要的，因为模块化电缆的插拔可能会导致电路板发生弯曲，从而可能损坏MLCC或其与电路板的连接。

电源供应器中常被忽视的一个方面，就是随附的线缆、其制造材料以及做工质量。以下三点是我们发现，当提供“廉价线缆”时最常见的陷阱。

铜包铝（CCA）电线是一种表面包覆铜层的铝电线，而纯铜电线则完全由铜制成。 就导电性、柔韧性以及耐热性和耐腐蚀性而言，纯铜更胜一筹。CCA电线价格较低，但由于其电阻较高（相同规格下，铝线电阻比铜线高出55%至60%）且熔点较低，因此不建议用于许多应用场景，特别是在电气安全和性能至关重要的场合。此外，铜线柔韧性更强，经反复弯曲后不易断裂。

铜并不便宜。铜线越粗，价格就越高。问题在于，较细的铜线电阻比较粗的铜线大。遗憾的是，电缆上通常不会标注线径，而客户可能会认为，使用较细线径的电缆质量更好，因为这类电缆柔韧性更佳。

聚氯乙烯（PVC），也称为塑料聚合物，当其暴露在超过额定温度的环境中时，绝缘层会变软，并可能随时间推移而老化。PVC绝缘层的劣化会影响电线安全导电的能力。长期下来，这可能会导致开裂、短路，甚至可能引发电气火灾。

12V-2x6电缆就是一个例子。其连接器的额定温度通常为105°C，但我们偶尔仍会发现连接器出现熔化现象。 我们发现，部分12V-2x6电缆所用的线缆绝缘层额定温度仅为80°C至85°C。聚氯乙烯（PVC）作为热塑性材料，在高温下会软化，从而增加其发生变形和机械损伤的风险。这种软化可能导致线缆护套与连接器分离或受损，使导体暴露于潜在危险之中。

环形线圈电感器由一个绕有铜线的铁磁环组成。棒形线圈电感器则采用沿其长度方向缠绕的圆柱形铁芯。棒形铁芯的唯一实际优势在于材料和人工成本较低。

相比之下，环形铁芯产生的可听噪声较小。铁芯内部的磁力不会导致铁芯弯曲——只会产生压缩或拉伸——而且其圆形设计能提供更好的机械稳定性。

棒状线圈的影响在实验室环境中往往并不明显。CORSAIR曾参与过一个在输出级采用棒状线圈的项目。对我们的Chroma产品进行的实验室测试并未检测到可听见的噪音。但在实际使用中情况却大不相同：投诉如潮水般涌来，CORSAIR随即改用环形铁芯。

Sendust 是一种磁性合金，其研发初衷是作为电感器和变压器中铁粉及其他磁芯材料的替代品。它由 85% 的铁、9% 的硅和 6% 的铝组成。

Sendust 之所以备受推崇，是因为它涡流损耗较低，且在磁场作用下不会产生机械振动。在我们的行业中，其主要缺点是成本较高。此外，由于 Sendust 是一种烧结化合物，其脆性往往比其他材料更大。因此，Sendust 电感器可能需要稍大一些才能达到与铁芯相当的储能能力，所以在小型设计中应考虑空间限制问题。

近10年来，CORSAIR几乎一直独家使用Sendust。我们发现，为降低噪音所做的这笔小额投资非常值得，因为客户投诉量已大幅减少。

我们再次得到一个需要额外空间的优化方案。不过，如果空间允许，我们强烈建议采用分组绕组。

顾名思义，单匝电感器由绕在铁芯上的一圈连续铜线线圈组成。 分绕电感器，也称为双线绕组电感器或共模扼流圈，是将铜线分成两组独立的绕组缠绕在铁芯上。这种结构能有效抑制共模噪声，因此非常适合用作PFC扼流圈，因为它有助于减少电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI）。共模噪声通常源于MOSFET与地之间的寄生电容。

尽管分层绕组电感器的体积较大，但只要制造工厂采用自动化工艺进行生产，其成本就不应显著高于单层绕组电感器。

当我们在某些设计中发现高频射频干扰（RFI）问题时，便开始在PFC扼流圈中采用分段绕组电感。遗憾的是，由于其尺寸略大，我们无法将其应用于SFX等更小尺寸的机箱中。

室温固化（RTV）是一种可在室温下固化的硅酮密封胶或粘合剂。磁性线圈会因电磁力而产生高频振动，从而产生可听见的嗡嗡声。在线圈上涂覆RTV硅酮可抑制这些振动，从而降低噪音。

务必使用中性固化型RTV硅胶。标准RTV硅胶（如用于制作密封垫的类型）在固化过程中常会释放乙酸，可能腐蚀电子元件，从而导致电源供应器散发出醋味。中性固化型RTV硅胶（如肟固化型或醇固化型）对电子元件是安全的。请选择标有“中性固化”和“电子元件安全”字样的RTV硅胶。

涂敷RTV时，需考虑附近元器件的散热情况。普通RTV的导热性较差，将其涂敷在二极管和MOSFET等元器件上可能会导致热量积聚，就像用毯子盖住它们一样。负责涂敷RTV的人员必须经过专业培训，确保仅在必要部位进行涂敷。

有些材料具有优异的导热性，常用于封装电子元件，被称为灌封材料，但其价格要高出许多。当需要将元件与环境因素隔离时，通常会使用灌封材料。这一过程被称为“封装”。该过程可以防止潮气侵入、减少振动，并防止逆向工程，因为去除灌封材料可能会损坏PCB上的元件。 我们曾使用导热系数高达2W/m·K或3W/m·K的灌封材料，通过将热量均匀散发至电源外壳，从而制造出完全被动的电源。然而，即使在中国，这些材料的价格也十分昂贵。因此，在它们变得更加实惠之前，CORSAIR将继续在其电源中使用典型的单组分中性固化RTV。

电源应具备所谓的“保护功能”。这些保护功能由电源内部的集成电路进行监控。无论这些集成电路是模拟的还是数字的，不同电源所提供的保护功能可能各不相同。归根结底，人们都希望电源能提供所有可能的保护功能。以下是电源应具备的保护功能列表。

当轨电流超过预设阈值时，该保护功能即被触发。许多电源制造商会将过流保护（OCP）的触发点设置得较高，以应对显卡等组件产生的功率尖峰。实现过流保护需要两个关键元件：高精度、低阻值的分流电阻和兼容的监控IC。这些分流电阻通过检测自身两端的电压降来测量电源的输出电流。

当电源供应器超出其额定容量时，该保护机制会作为安全措施而启动。大多数制造商都会预留一个缓冲区间，将过载保护（OPP）阈值设定在电源供应器标称最大功率之上约50W至100W（有时更高）的范围内。 对于仅有一个+12V电压轨的电源，由于过流保护很少发挥作用，OPP机制便成为主要防护措施——一旦+12V电压轨的功耗过高，该机制会自动关闭电源。

该保护功能如同电源供应器的警惕守护者，会持续监测输出母线，以防出现危险的低阻抗水平（低于 0.1Ω）。一旦检测到这种情况，SCP 会立即触发紧急关机，以防止潜在的损坏或火灾隐患。

大多数电源中SCP的一个有趣之处在于，它通常只有在发生对地短路时才会起作用。在许多电源中，如果两根携带不同电压的带电导线接触，SCP根本不会启动。 计算机爱好者曾利用这一限制，通过将+12V和+5V线路连接起来产生+7V电压，以此为散热风扇制作简易的降压装置。虽然可以通过改装电源来安全地实现此类操作，但这仍是一种风险较高的做法，最好避免。现代高品质电源已解决了这一隐患；如今，只要任意两条电压线相互接触或接触地线，其SCP系统就会立即启动。

如果输出电压降至低于被供电元件的安全电压阈值，过压保护（OVP）应关闭电脑，以防止元件受到潜在损坏。

如果某路输出的电压升高至对所供电的组件而言被视为不安全的水平，UVP 应关闭该电源供应器，以防止组件受到潜在损坏。

具有此保护功能的电源通常配备一个热敏电阻（即对温度敏感的电阻器），该元件安装在+12V整流电路上，位置通常与风扇控制单元的热敏电阻相同。该元件用于监测+12V MOSFET、二极管或次级散热片（视设计而定）的温度，当读数超过安全阈值时触发关机。 这一保护措施至关重要，因为无论是由元件过载还是风扇故障导致的过高温度，都可能造成永久性损坏。

电源供应器（PSU）的整体质量和可靠性，不能仅以能效标识、标称输出功率或线材数量来衡量。可靠性源于严谨的设计规范、元器件的选择、制造工艺以及对严格电气性能标准的遵守。

归根结底，电源是整个系统的基石。虽然一开始为了省下几美元而购买廉价电源看似诱人，但其中隐藏的风险——例如供电不稳、部件故障甚至整机损毁——从长远来看可能要付出远高于此的代价。一款优质的电源不仅体现在包装盒上的瓦数上，更关乎安全性、稳定性以及使用时的安心感。不妨将其视为对整台电脑健康状况和可靠性的投资。